DE2736673C2

DE2736673C2 - Three-phase linear motor of the asynchronous long stator type

Info

Publication number: DE2736673C2
Application number: DE19772736673
Authority: DE
Inventors: Egon Prof. Dr.-Ing. 6109 Mühltal Andresen; Ulrich Dipl.-Ing. 6103 Griesheim Baertz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1983-05-19
Also published as: DE2736673A1

Description

Die Erfindung bezieht sich as_f einen Drehstromlinearmotor des asynchronen Langstatortyps gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates as_f a three-phase linear motor of the asynchronous long stator type according to the Generic term of claim 1.

Ein derartiger Drehstromlinearmotor ist z. B. aus der DE-OS 23 16 679 bekanntSuch a three-phase linear motor is z. B. from the DE-OS 23 16 679 known

Bei solchen Linearmotoren treten infolge der offenen Enden des magnetischen Kremes und der sich dort einstellenden Wechseldurchflutung sogenannte Längsendeffekte auf, die einen ungün.^r:igen Einfluß auf das Betriebsverhalten der Motoren haben. Diese Längsendeffekte treten bei Translatoren (Läufern) und Statoren (Ständern) auf und resultieren aus den endlichen Längen der Läufer- und Ständerteile sowie dem Ein- und Austreten der Läuferleiterschleifen vom feldfreien Raum in die Luftspaltfelder der Statorteile und umgekehrt Dabei werden in den Spulen Ströme induziert, deren Kraftwirkungen als Bremskräfte dim Bewegungsablauf gegengerichtet sind. Verluste treten auf und rückwirkend wird das Luftspaltfeld geschwächt Diese Effekte nehmen mit dem Quadrat der Wanderfeldgeschwindigkeit zu, sofern die Speisefrequenz konstant ist, und können bei Motoren für hohe Geschwindigkeit den wirtschaftlichen Betrieb in Frage stellen.In such linear motors, so-called longitudinal end effects occur due to the open ends of the magnetic cream and the alternating flow that occurs there, which are unfortunate. ^have some influence on the operating behavior of the motors. These longitudinal end effects occur with translators (rotors) and stators (stator) and result from the finite lengths of the rotor and stator parts as well as the entry and exit of the rotor conductor loops from the field-free space into the air gap fields of the stator parts and vice versa. Currents are induced in the coils whose force effects are counteracted as braking forces in the sequence of movements. Losses occur and the air gap field is weakened retrospectively. These effects increase with the square of the traveling field speed, provided the supply frequency is constant, and can jeopardize the economic operation of high-speed motors.

Es gibt verschiedene Vorschläge, die Längsendeffekte zu vermindern. Sp ist es z. B. bekannt, einen erhöhten Wicklungsaufwand, wie z. B. Kompensationswicklungen oder abgestufte Wicklungen am Stator, vorzusehen, was zum Teil auch eine Verlängerung des Ständers zur Folge hat (z.B. ETZA (1974) H. 2, S. 73, re. Sp, vorletzter Absatz). Der Aufwand an der Trasse wird damit beträchtlich vergrößert, ohne die Längsendeffekte in befriedigendem Umfang zu beseitigen. Versuche, dem Problem bei Maschinen mit bewickelten Translator durch parallele Wicklungszweige an den Enden im Stator beizukommen, um die das Luftspaltfeld schwächenden Läuferströme magnetisch zu kompensieren, verliefen ebenfalls nicht völlig befriedigend. Ständige Ströme in der Größenordnung von Kurzschlußströmen bringen thermische und mechanische Schwierigkeiten (vgl.ETZA(1974)a.a.O). There are various proposals to reduce the longitudinal end effects. Sp is it z. B. known, an increased winding effort, such. B. compensation windings or graduated windings on the stator, which in part also results in an extension of the stator (e.g. ETZA (1974) H. 2, p. 73, right Sp, penultimate paragraph). The effort on the route is thus increased considerably without eliminating the longitudinal end effects to a satisfactory extent. Attempts to overcome the problem in machines with a wound translator by using parallel winding branches at the ends in the stator in order to magnetically compensate for the rotor currents weakening the air gap field were also not entirely satisfactory. Constant currents in the order of magnitude of short-circuit currents cause thermal and mechanical difficulties (seeETZA (1974) loc. Cit.).

Weiterhin ist es zur Verminderung der Längsendeffekte infolge endlicher Läuferfänge bekannt den Läuferstromkrasen im Anfangsbereich einen höheren Wirkwitlerstand zuzuordnen, womit allerdings dieser Bereich für die Ausbildung der vollen Zugkraft ausfällt (a.a.O. S. 73, re, Sp, letzter Absatz), Darüber hinaus ist es bei diskontinuierlich mit Ständern belegten Strecken noch bekannt, zur Unwirksammachung der Blindwiderstände der zwischen den Statoreinheiten liegendenFurthermore, it is known to reduce the longitudinal end effects as a result of finite runner catches To assign a higher level of active current in the initial area to rotor currents, but with this Area for the training of the full traction fails (op. Cit. P. 73, right, sp, last paragraph), In addition it is in the case of stretches occupied discontinuously with stands still known to make the reactances of the between the stator units ineffective

ίο Translatorwicklungszweige die Läuferwickluig in parallele Stränge aufzuteilen und die Wicklungsstränge über eine Diodenbrückenschaltung auf einen gemeinsam gepulsten Widerstand zu schalten (vgL ETZA (1974) S. 69, re. Sp, letzter Absatz).ίο Translatorwicklungszweige divide the rotor winding into parallel strands and the winding strands to switch to a jointly pulsed resistor via a diode bridge circuit (see ETZA (1974) p. 69, right. Sp, last paragraph).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, zur Unterdrückung der Längsendeffekte eine Schaltung aufzuzeigen, mit der die Induktivität der zwischen den Statoreinheiten liegenden Translatorwicklungszweige im Sekundärkreis unwirksam gemacht werden kann. SieThe object of the present invention is to provide a circuit for suppressing the longitudinal end effects to show the inductance of the translator winding branches between the stator units can be made ineffective in the secondary circuit. she soll eine Bemessung ermöglichen, mit der die Summe aller Translatorflußverkettungen etwa konstant gehalten wird und die eine weitgehende Aufhebung der in den Statorendpolteilungen auftretenden Wechselfeldanteüe gestattetshould enable a measurement with which the sum of all Translatorflussverettungen is kept approximately constant and a substantial abolition of the in the Alternating field components occurring in the stator end pole are permitted

Diese Aufgabe wird für einen Drehstromlinearmotor der eingangs bezeichneten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst Auf diese Weise wird die Sekundärreaktanz eiwa auf die einer normalen Asynchronmaschine reduziert, währendThis object is achieved for a three-phase linear motor of the type specified in the introduction according to the characterizing features of claim 1 The secondary reactance is reduced to that of a normal asynchronous machine while

M gleichzeitig die Summe aller Translatornußverkettungen infolge Reihenschaltungen aller Wicklungszweige konstant ist Sonvii treten keine Endeffekte auf. Auch die in den Statorendpolteilungen auftretenden Wechselfeldanteile induzieren bei richtiger Wahl von PolzahlM at the same time the sum of all translator nut linkages as a result of the series connection of all winding branches is constant Sonvii there are no end effects. Also the If the number of poles is selected correctly, the alternating field components occurring in the stator end pole pitches induce und Abstand der Statoreinheiten Wechselspannungen in der Translatorwicklung, die sich paarweise gegenseitig aufheben.and distance between the stator units AC voltages in the translator winding, which mutually cancel each other out in pairs.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung ist dem Unteranspruch entnehmbar.An expedient embodiment can be found in the subclaim.

An Hand einer schematischen Schaltungsdarstellung soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention is to be explained in more detail using a schematic circuit diagram.

Die Figur zeigt einen asynchronen Langstatormotor. Der auf der Trasse verlegte Stator I weist praktisch unendliche Länge auf und ist in einzelne mehrpoligeThe figure shows an asynchronous long stator motor. The stator I laid on the route shows practically infinite length and is multipolar in single Einheiten A, B, CW unterteilt die in gleichmäßigen Abständen in Bewegungsrichtung des Translators II (Läufer) angeordnet sind. Die Wicklungsspulen der Statoreinheiten A, B, Csind durch je eine Induktivität 4 pro Pol symbolisiert Die Dreiphasigkeit ist durch dreiUnits A, B, CW are subdivided and are evenly spaced in the direction of movement of the translator II (runner). The winding coils of the stator units A, B, C are each symbolized by an inductance 4 per pole. The three-phase structure is represented by three Schrägstriche angedeutet Die Unterteilung des Langstators erfolgt, um den verhältnismäßig hohen Materialaufwand für Langstatormotoren zu senken und ferner, um den Blindleistungsbedarf so niedrig wie möglich zu halten, indem die in Koppelung mit dem Translator IlSlashes indicated The subdivision of the long stator takes place in order to reduce the relatively high cost of materials for long stator motors and, furthermore, in order to keep the reactive power requirement as low as possible by using the in coupling with the translator II befindlichen Statoreinheiten A, B, C selektiv zu- und abgeschaltet werden. Der vielpolige Translator Il endlicher Länge ist mit einer Drehstromwicklung von reihengeschalteten Wicklungszweigen versehen und überdeckt jeweils mehrere Statoreinheiten, hier A undlocated stator units A, B, C can be selectively switched on and off. The multi-pole translator II of finite length is provided with a three-phase winding of series-connected winding branches and each covers several stator units, here A and

B. Mit 5 bis 10 sind die einzelnen mehrphasigen Wicklungszweige bezeichnet Mit den Wicklungszweigen in Reihe liegt ein Stellwiderstand 11 oder ein anderer Wirkleistungsverbraucher. Antiparallelgeschaltete Thyristoren 12 bis 17 ff sind den genannten B. The individual polyphase winding branches are denoted by 5 to 10. A variable resistor 11 or another active power consumer is connected in series with the winding branches. Anti-parallel connected thyristors 12 to 17 ff are the ones mentioned Wicklungszweigen parallelgeschaltet. Es wird jedoch hervorgehoben, daß die symbolisierte Parallelschaltung real pro Pol und Phase gilt Die Thyristoren 12, 13 und 14, deren parallelliegende Translatorwicklungszweige 5,Winding branches connected in parallel. However, it is emphasized that the symbolized parallel connection real per pole and phase, the thyristors 12, 13 and 14, whose parallel translator winding branches 5,

6 und 7 gerade mit ΰ·-τ Statoreinheit A gekoppelt sind, sind gesperrt und der Strom fließt über diese Wicklungszweige 5,6,7, Der Translator II soll sich hier von links nach rechts bewegen. Sobald der Translatorwicklungszweig 7 die Statoreinheit A verlassen hat, werden die antiparallelen Thyristoren 14 gezündet, so daß der Strom vom Translatorwicklungszweig 7 auf den Kurzschlußpfad kommutiert Es stellt sich dann eine Stromverteilung ein, wie sie dort durch die Pfeile angedeutet ist. Nachdem die Lücke 18 zwischen den beiden Statoreinheiten A und B durchfahren ist, tritt der bisher stromlose Translatorwicklungszweig 9 in die Statoreinheit B ein, die Zündspannung an den Thyristoren 16 wird zu Null gebracht, und die vom Luftspaltfeld in den Tran^latorwicklungszweig 9 induzierte Spannung kommutiert den Strom von den beiden Thyristoren 16 auf den Translatorwicklungszweig 9 zurück. Es stellt sich dort eine Stromverteilung ein, wie sie bereit.· in der Masche, gebildet aus dem Wicklungszweig 10 und den Thyristoren 17, gegeben ist. Auf diese Weise sind die jeweils in den Lücken 18, 19 zwischen den Statoreinheiten A und fl liegenden Translatorwicklungszweige vom Strom entlastet. Ihre sonst zusätzliche Drosselwirkung, die eine Wirkleistungsabgabe in Frage stellen würde, ist damit vom Sekundärkreis ferr.geba! ten, Die Thyristoren müssen lediglich stellungsabhängig nach Statoraustritt an Zündspannung gelegt und vor Statoreintritt von dieser getrennt werden. Die Stromkommutierung erfolgt selbsttätig. Die Figur zeigt der einfachen Darstellung wegen dreipolige Statoreinheiten A und B. Generell ist zu sagen, daß gegenüber vielpoligen und dafür wenigen Statoreinheiten auf der Trasse eine Feinunterteilung der Strecke mit vielen wenigpoligen Statoreinheiten zweckmäßig ist Die am Fahrzeug angreifende Schabkraft wird dadurch auf eine große Zahl von Angriffsflächen verteilt, die entsprechend dicht beieinanderliegen. Es resultiert ferner eine größere zeitliche Konstanz der Schubkraft, der aus dem Netz aufgenommenen Blindleistung sowie eine geringere Schwellkraftbeanspruchung des Fahrzeuges in Längsrichtung.6 and 7 are currently coupled with ΰ · -τ stator unit A , are blocked and the current flows through these winding branches 5,6,7. The translator II should move from left to right here. As soon as the translator winding branch 7 has left the stator unit A , the antiparallel thyristors 14 are ignited so that the current from the translator winding branch 7 commutates to the short-circuit path. A current distribution then arises as indicated by the arrows there. After the gap 18 between the two stator units A and B has been passed, the previously currentless translator winding branch 9 enters the stator unit B , the ignition voltage at the thyristors 16 is brought to zero, and the voltage induced by the air gap field in the transformer winding branch 9 is commutated the current from the two thyristors 16 back to the translator winding branch 9. A current distribution is established there as it is provided in the mesh formed from the winding branch 10 and the thyristors 17. In this way, the translator winding branches located in the gaps 18, 19 between the stator units A and fl are relieved of the current. Your otherwise additional choke effect, which would call into question an active power output, is thus removed from the secondary circuit ferr.geba! ten, The thyristors only have to be connected to the ignition voltage after the stator exits, depending on the position, and disconnected from it before it enters the stator. The current commutation takes place automatically. The figure shows three-pole stator units A and B for the sake of simplicity. In general, it can be said that, compared to multi-pole and therefore few stator units on the route, a fine subdivision of the route with many few-pole stator units is useful Distributed attack surfaces that are accordingly close together. This also results in a greater temporal constancy of the thrust, the reactive power absorbed from the network and a lower threshold force stress on the vehicle in the longitudinal direction.

Hi irzu i Blatt ZeichnungenHi irzu i sheet drawings

Claims

Claims;

1, Dreh'tromlinearniotor des asynchronen Langstatortyps mit längs einer Strecke in Abständen angeordneten dreiphasigen Statoreinheiten und einem mehrphasigen Translator, der benachbarte Statoreinheiten überdeckt und dessen mehrphasige Wicklung in einzelne, reihengeschaltete Wicklungszweige aufgeteilt ist, insbesondere für Bahnbetrieb, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit den Wicklungszweigen (5—10 ff) ein stellbarer Wirkleistungsverbraucher (Stellwiderstand 11) liegt und die einzelnen Wicklungszweige (5 bis 10 ff) des Translators (II) mit gegenparallelen, steuerbaren Ventilen (Thyristoren 12 bis 17 ff) beschaltet sind, die jeweils die in den Lücken (18, 19) zwischen überdeckten, benachbarten Statoreinheiten (A, B, C) befindlichen Wicklungszweige (8,9) des Translators (H) überbrücken.1, Dreh'tromlinearniotor of the asynchronous long stator type with three-phase stator units arranged at intervals along a line and a multi-phase translator which covers adjacent stator units and whose multi-phase winding is divided into individual, series-connected winding branches, especially for rail operation, characterized in that in series with the Winding branches (5-10 ff) an adjustable active power consumer (variable resistor 11) is located and the individual winding branches (5 to 10 ff) of the translator (II) are wired with counter-parallel, controllable valves (thyristors 12 to 17 ff), each of which is in the Bridge gaps (18, 19) between covered, adjacent stator units (A, B, C) located winding branches (8, 9) of the translator (H).

2. Drehstromlinearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Statoreinheitec (A, B, C) vom Translator (II) überdeckt werden.2. Three-phase linear motor according to claim 1, characterized in that several stator units (A, B, C) are covered by the translator (II).